KR20100055398A - Microresonator system and methods of fabricating the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 실시예들은 마이크로 공진기(microresonator) 시스템들에 관한 것으로서, 특히, 레이저들, 변조기들, 및 광검출기들로서 이용될 수 있는 마이크로 공진기 시스템들 및 이들 시스템들을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to microresonator systems, and more particularly, to microresonator systems that can be used as lasers, modulators, and photodetectors, and to a method for manufacturing these systems.
최근, 집적 회로들 상의 마이크로 전자 디바이스들(microelectronic devices)의 증가한 밀도는 이들 디바이스들을 상호연결하는 데에 이용될 수 있는 금속 신호 라인들의 밀도에서 기술적인 병목을 일으켰다. 또한, 금속 신호 라인들의 이용은 전력 소모의 현저한 증가를 야기하고 대부분의 회로들의 상부에 위치된 가장 긴 링크들을 동기화하는 것에 어려움을 야기한다. 신호 라인들을 통해 전기 신호들로 정보를 송신하는 것 대신에, 동일한 정보가 "ER(electomagnetic radiation)"에 인코딩되고 광 파이버들, 릿지 도파로들(ridge waveguides) 및 포토닉 결정 도파로들(photonic crystal waveguides)과 같은, 도파로들을 통해 송신될 수 있다. 도파로들을 통해 ER에 인코딩된 정보를 송신하는 것은 신호 라인들을 통해 전기 신호들을 송신하는 것 이상의 많은 수의 이점들을 갖는다. 첫째, 열화 또는 손실은 신호 라인들을 통해 송신된 전기 신호들의 경우보다 도파로들을 통해 송신된 ER의 경우가 훨씬 적다. 둘째, 도파로들은 신호 라인들보다 훨씬 더 높은 대역폭을 지원하도록 제조될 수 있다. 예를 들면, 단일 Cu 또는 Al 와이어는 단일 전기 신호만 송신할 수 있지만, 단일 광 파이버는 대략 100개 이상의 상이하게 인코딩된 ER을 송신하도록 구성될 수 있다.Recently, the increased density of microelectronic devices on integrated circuits has caused a technical bottleneck in the density of metal signal lines that can be used to interconnect these devices. In addition, the use of metal signal lines causes a significant increase in power consumption and difficulty in synchronizing the longest links located on top of most circuits. Instead of transmitting information as electrical signals over signal lines, the same information is encoded in "electomagnetic radiation" and the optical fibers, ridge waveguides and photonic crystal waveguides. May be transmitted over the waveguides. Transmitting encoded information to the ER via waveguides has a number of advantages over transmitting electrical signals over signal lines. First, degradation or loss is much less for ER transmitted through waveguides than for electrical signals transmitted through signal lines. Second, waveguides can be fabricated to support much higher bandwidths than signal lines. For example, a single Cu or Al wire may transmit only a single electrical signal, but a single optical fiber may be configured to transmit approximately 100 or more differently encoded ERs.
최근에, 재료 과학 및 반도체 제조 기법들의 진보들은 "PIC들"(photonic integrated circuits)를 형성하기 위해, CMOS 회로들과 같은, 전자 디바이스들과 통합될 수 있는 포토닉 디바이스들(photonic devices)을 개발하는 것을 가능하게 하였다. 용어 "포토닉(photonic)"은 전자기 스펙트럼을 스팬하는(span) 주파수들을 갖는 고전적으로 특징지어진 ER 또는 양자화된 ER과 동작할 수 있는 디바이스들을 칭한다. PIC들은 전자 집적 회로들의 포토닉 등가물(photonic equivalent)이고 반도체 재로의 웨이퍼 상에서 구현될 수 있다. 효율적으로 PIC들을 구현하기 위해, 수동 및 능동 포토닉 컴포넌트들이 요구된다. 도파로들 및 감쇠기들은 일반적으로 종래의 에피택셜(epitaxial) 및 리소그래픽 방법들을 이용하여 제조될 수 있고 마이크로 전자 디바이스들 사이에서 ER의 전파(propagation)를 인도(direct)하기 위해 이용될 수 있는 수동 포토닉 컴포넌트들의 예들이다. 물리학자들 및 공학자들은 PIC들에서 이용될 수 있는 능동 포토닉 컴포넌트들에 대한 필요성을 깨닫게 되었다.Recently, advances in materials science and semiconductor fabrication techniques have developed photonic devices that can be integrated with electronic devices, such as CMOS circuits, to form "PICs" (photonic integrated circuits). Made it possible. The term “photonic” refers to devices capable of operating with a classically characterized ER or quantized ER having frequencies that span the electromagnetic spectrum. PICs are photonic equivalents of electronic integrated circuits and can be implemented on a wafer with semiconductor material. In order to efficiently implement PICs, passive and active photonic components are required. Waveguides and attenuators are generally passive photos that can be manufactured using conventional epitaxial and lithographic methods and can be used to direct the propagation of the ER between microelectronic devices. Nick components are examples. Physicists and engineers have realized the need for active photonic components that can be used in PICs.
본 발명의 다양한 실시예들은 레이저, 변조기 및 광검출기로서 이용될 수 있는 마이크로 디스크(microdisk)를 포함하는 마이크로 공진기 시스템들 및 상기 마이크로 공진기 시스템들을 제조하기 위한 방법들에 관한 것이다. 본 발명의 하나의 실시예에서, 마이크로 공진기 시스템은 상부 표면 층을 갖는 기판, 기판 내에 임베드되고 기판의 상부 표면 층에 인접하여 위치된 적어도 하나의 도파로, 및 상부층, 중간층, 하부층, 전류 절연 영역, 및 주변 환상 영역(peripheral annular region)을 갖는 마이크로 디스크를 포함한다. 마이크로 디스크의 하부층은 기판의 상부 표면 층에 부착되고 그것과 전기적으로 통신하고 주변 환상 영역의 적어도 일부분이 적어도 하나의 도파로 위에 배치되도록 위치된다. 전류 절연 영역은 마이크로 디스크의 중앙 영역의 적어도 일부분을 점유하도록 구성되고 주변 환상 영역보다 비교적 낮은 굴절률 및 비교적 큰 밴드갭들을 갖는다.Various embodiments of the present invention relate to microresonator systems including microdisks that can be used as lasers, modulators, and photodetectors, and methods for manufacturing such microresonator systems. In one embodiment of the invention, a micro resonator system includes a substrate having a top surface layer, at least one waveguide embedded within the substrate and positioned adjacent to the top surface layer of the substrate, and a top layer, an intermediate layer, a bottom layer, a current insulating region, And a micro disk having a peripheral annular region. The bottom layer of the micro disk is attached to and in electrical communication with the top surface layer of the substrate and positioned such that at least a portion of the peripheral annular region is disposed over the at least one waveguide. The current isolation region is configured to occupy at least a portion of the central region of the micro disc and has a relatively low refractive index and relatively large bandgaps than the peripheral annular region.
도 1a는 본 발명의 실시예들에 따른 제1 마이크로 공진기 시스템의 등각투상도를 나타내는 도면.
도 1b는 본 발명의 실시예들에 따른, 도 1a에 도시된, 선 1b-1b를 지나는 제1 마이크로 공진기 시스템의 단면도를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 예시적인 마이크로 디스크를 포함하는 층들의 단면도를 나타내는 도면.
도 3a-3b는 도 1에 도시된 마이크로 디스크의 주변 및 전류 절연 영역들에 대한 전자 밴드갭 에너지들의 가정 플롯(hypothetical plot)들을 나타내는 도면.
도 4a는 본 발명의 실시예들에 따른, 도 1에 도시된, 제1 마이크로 공진기 시스템의 마이크로 디스크에서의 전류 흐름의 경로를 나타내는 도면.
도 4b는 본 발명의 실시예들에 따른, 도 1에 도시된, 제1 마이크로 공진기 시스템의 마이크로 디스크의 주변 영역들에의 WGM(whispering gallery mode)의 실질적인 속박(confinement)을 나타내는 도면.
도 5a는 본 발명의 실시예들에 따른 제2 마이크로 공진기 시스템의 등각투상도를 나타내는 도면.
도 5b는 본 발명의 실시예들에 따른, 도 5a에 도시된, 선 5b-5b를 지나는 제2 마이크로 공진기 시스템의 단면도를 나타내는 도면.
도 6a는 본 발명의 실시예들에 따른, 도 5에 도시된, 제2 마이크로 공진기 시스템의 마이크로 디스크의 전류 흐름의 경로들을 나타내는 도면.
도 6b는 본 발명의 실시예들에 따른, 도 5에 도시된, 제2 마이크로 공진기 시스템의 마이크로 디스크의 주변 영역들에의 WGM의 실질적인 속박을 나타내는 도면.
도 7a는 양자 우물 기반 이득 매질(quantum well-based gain medium)의 양자화된 전자 에너지 상태들과 연관된 에너지 레벨 다이어그램을 나타내는 도면.
도 7b는 본 발명의 실시예들에 따른 레이저로서 동작되는, 도 1에 도시된, 제1 마이크로 공진기 시스템의 개략적인 표현을 나타내는 도면.
도 8a는 본 발명의 실시예들에 따른 변조기로서 동작되는, 도 1에 도시된, 제1 마이크로 공진기 시스템의 개략적인 표현을 나타내는 도면.
도 8b는 인코딩되지 않은 ER의 강도 대 시간의 플롯을 나타내는 도면.
도 8c는 데이터 인코딩된 ER에 대한 강도 대 시간의 플롯을 나타내는 도면.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 광검출기로서 동작되는, 도 1에 도시된, 제1 마이크로 공진기 시스템의 개략적인 표현을 나타내는 도면.
도 10a-10k는 본 발명의 실시예들에 따른, 도 1에 도시된, 제1 마이크로 공진기 시스템을 제조하는 방법에 연관된 등각투상도들 및 단면도들을 나타내는 도면.
도 11a-11b는 본 발명의 실시예들에 따른, 도 5에 도시된, 제2 마이크로 공진기 시스템을 제조하는 방법에 연관된 단면도들을 나타내는 도면.1A illustrates an isometric view of a first micro resonator system in accordance with embodiments of the present invention.
FIG. 1B illustrates a cross-sectional view of the first micro resonator system across line 1b-1b, shown in FIG. 1A, in accordance with embodiments of the present invention. FIG.
2 illustrates a cross-sectional view of layers including an exemplary micro disk in accordance with embodiments of the present invention.
3A-3B show hypothetical plots of electron bandgap energies for the peripheral and current isolation regions of the micro disc shown in FIG. 1.
4A illustrates a path of current flow in a micro disk of the first micro resonator system, shown in FIG. 1, in accordance with embodiments of the present invention.
4B illustrates a substantial confinement of whispering gallery mode (WGM) to peripheral regions of the micro disk of the first micro resonator system, shown in FIG. 1, in accordance with embodiments of the present invention.
5A illustrates an isometric view of a second micro resonator system in accordance with embodiments of the present invention.
5B illustrates a cross-sectional view of a second micro resonator system across line 5b-5b, shown in FIG. 5A, in accordance with embodiments of the present invention.
FIG. 6A illustrates paths of current flow in the micro disk of the second micro resonator system, shown in FIG. 5, in accordance with embodiments of the present invention. FIG.
FIG. 6B illustrates the substantial confinement of the WGM to peripheral regions of the micro disk of the second micro resonator system, shown in FIG. 5, in accordance with embodiments of the present invention.
FIG. 7A shows an energy level diagram associated with quantized electron energy states of a quantum well-based gain medium.
FIG. 7B shows a schematic representation of the first micro resonator system, shown in FIG. 1, operated as a laser in accordance with embodiments of the present invention. FIG.
8A shows a schematic representation of the first micro resonator system, shown in FIG. 1, operated as a modulator in accordance with embodiments of the present invention.
8B shows a plot of intensity versus time of unencoded ER.
8C shows a plot of intensity versus time for data encoded ER.
9 shows a schematic representation of the first micro resonator system, shown in FIG. 1, operated as a photodetector in accordance with embodiments of the present invention.
10A-10K illustrate isometric views and cross-sectional views associated with a method of manufacturing a first micro resonator system, shown in FIG. 1, in accordance with embodiments of the present invention.
11A-11B illustrate cross-sectional views associated with a method of manufacturing a second micro resonator system, shown in FIG. 5, in accordance with embodiments of the present invention.
본 발명의 다양한 실시예들은 레이저, 변조기, 및 광검출기로서 이용될 수 있는 마이크로 디스크를 포함하는 마이크로스케일 공진기("마이크로 공진기") 시스템들 및 마이크로 공진기 시스템들을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 이하에서 설명되는 다양한 마이크로 공진기 시스템 실시예들에서, 동일한 재료들을 포함하는 다수의 구조적으로 유사한 컴포넌트들에는 동일한 참조 번호들이 제공되었고, 간결함을 위해, 그들의 구조 및 기능의 설명은 반복되지 않는다.Various embodiments of the present invention relate to microscale resonator (“micro resonator”) systems and methods for manufacturing micro resonator systems including micro discs that can be used as lasers, modulators, and photodetectors. In the various micro resonator system embodiments described below, multiple structurally similar components containing the same materials have been given the same reference numerals, and for brevity, the description of their structure and function is not repeated.
도 1a는 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 공진기 시스템(100)의 등각투상도를 나타낸다. 마이크로 공진기 시스템(100)은 기판(106)의 상부 표면 층(104)에 부착된 마이크로 디스크(102), 마이크로 디스크(102)의 상부 표면(110)에 부착된 제1 전극(108), 및 상부 표면 층(104)에 부착되고 마이크로 디스크(102)에 인접하여 위치된 제2 전극(112)을 포함한다. 마이크로 디스크(102)는 마이크로 공진기 시스템(100)의 마이크로 공진기이고 특정 WGM들을 지원하도록 구성될 수 있다. 기판(106)은 기판(106)을 통해 뻗어나가고 상부 표면 층(104)에 인접하여 위치된 두 개의 도파로들(114 및 116)을 포함한다. 도파로들(114 및 116)은 마이크로 디스크(102)의 주변 환상 영역의 적어도 일부분 바로 밑에 배치된다. 마이크로 디스크(102)는 상부층(118), 하부층(120) 및 상부층(118)과 하부층(120) 사이에 샌드위치된 중간층(122)을 포함한다. 하부층(120)은, 도 1b를 참고하여 이하에서 설명되는 바와 같이, 상부 표면 층(104)과 동일한 재료로 구성될 수 있다. 마이크로 디스크(102)의 층들(118, 120 및 122)은 도 2를 참고하여 이하에서 더욱 상세히 설명된다.1A shows an isometric view of a
도 1b는 본 발명의 실시예들에 따른, 도 1a에 도시된, 선 1b-1b를 지나는 마이크로 공진기 시스템(100)의 단면도를 나타낸다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 도파로들(114 및 116)은 마이크로 디스크(102)의 주변 환상 영역의 일부분들(124 및 126) 바로 밑에 배치된다. 마이크로 디스크(102)는 마이크로 디스크(102)의 중앙 영역의 적어도 일부분을 점유하도록 구성되는 전류 절연 영역(128)을 포함한다. 제2 전극(112)은 상부 표면 층(104)을 통해 하부층(120)과 전기 통신한다. 단 하나의 제2 전극(112)만이 기판(106)의 상부 표면 층(104)에 배치되어 있지만, 본 발명의 다른 실시예들에서는, 두 개 이상의 전극들이 상부 표면 층(104) 상에 위치될 수 있다.FIG. 1B illustrates a cross-sectional view of the
본 발명의 마이크로 공진기 시스템 실시예들의 마이크로 공진기들은, 마이크로 디스크(102)와 같은, 원형-형상 마이크로 디스크들에 제한되지 않는다는 것에 유의한다. 본 발명의 다른 실시예들에서, 마이크로 디스크(102)는 원형, 타원형일 수 있거나, 또는 WGM을 지원하고 공진 ER을 생성하기에 적합한 임의의 다른 형상을 가질 수 있다.Note that the micro resonators of the micro resonator system embodiments of the present invention are not limited to circular-shaped micro disks, such as
상부층(118)은, "p-형 반도체"로 칭해지는, 전자 억셉터 도펀트(electron acceptor dopant)로 도핑된 Ⅲ-V 반도체일 수 있고, 하부층(120)은, "n-형 반도체"로 칭해지는, 전자 도너 도펀트(electon donor dopant)로 도핑된 Ⅲ-V 반도체일 수 있는데, 여기에서 로마 숫자 Ⅲ 및 V는 원소 주기율표의 3족 및 5족의 원소들을 칭한다. 중간층(122)은 하나 이상의 양자 우물을 포함한다. 각 양자 우물은 Ⅲ-V 반도체의 상이한 유형의 두 개의 층 사이에 샌드위치된 비교적 얇은 Ⅲ-V 반도체 층일 수 있다. 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 디스크(102)를 포함하는 층들의 단면도를 나타낸다. 도 2에서, 상부층(118)은, Zn이 도펀트로서 이용될 수 있는, p-형 InP일 수 있고, 하부층(120)은, Si가 도펀트로서 이용될 수 있는, n-형 InP일 수 있다. 중간층(122)은 InxGa1 - xAsyP1 -y의 세 개의 양자 우물들(201-203)을 포함하는데, 여기에서 x 및 y의 범위는 0과 1 사이이다. 중간층(122)은 또한 InxGa1-xAsyP1-y의 배리어 층들(205-208)을 포함하는데, 여기에서 x 및 y의 범위는 0과 1 사이이다. 파라미터들 x 및 y의 선택은 인접한 층들을 격자 정합(lattice match)하도록 행해지고 이는 본 기술 분야에 공지되어 있다. 예를 들면, InP 층들(118 및 120)에 격자 정합된 층들에 대해서는, x 값은 0.47이 되도록 선택된다. y의 선택은 양자 우물의 밴드갭 에너지를 결정한다. 양자 우물의 동작은 도 7a를 참조하여 이하에서 설명된다. 양자 우물들(201-203)은 요망되는 파장(λ)에서 ER을 방출하도록 구성될 수 있고, 한편으로 배리어 층들(205-208)은 양자 우물에 주입된 캐리어들(즉, 전자들 및 정공들)을 속박하기 위해 비교적 더 큰 밴드갭을 갖도록 구성될 수 있다. 층들(205 및 206)은 양자 우물들(201-203)을 분리시키고, 층들(207 및 208)은 양자 우물들(201 및 203)을 층들(118 및 120)로부터, 각각, 분리시키는 두 개의 비교적 더 두꺼운 층들이다. 기판(106)은 SiO2, Si3N4, 또는 또 다른 적합한 유전성 절연 재료로 구성될 수 있다. 도파로들(114 및 116)은 Si 및 Ge와 같은, Ⅳ족 원소로 구성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예들에서, GaAs, GaP 및 GaN과 같은 다른 적합한 Ⅲ-V 반도체가 이용될 수 있다.
전류 절연 영역(128)은 마이크로 디스크(102)의 주변 환상 영역과 연관된 양자 우물 전자 밴드갭들보다 비교적 더 큰 전자 밴드갭을 갖는다. 도 3a는 마이크로 디스크(102)의 주변 영역들의 세 개의 양자 우물들에 대한 전자 밴드갭 에너지들 대 마이크로 디스크(102) 높이(z)의 플롯을 나타낸다. 하부층(120) 및 상부층(118)에 연관된 전자 밴드갭 에너지들은, 각각, ΔEB 및 ΔET에 의해 표현된다. 중간층(122)의 양자 우물들은 밴드갭 에너지들(ΔEQW)을 갖고, 양자 우물 층들에 인접한 배리어 층들은 더 큰 밴드갭 에너지(ΔEBar)를 갖는다. 밴드갭 에너지들(ΔET 및 ΔEB)은, 전자들 및 정공들을 중간층(122)에 속박하기 위한 이중 이종접합 배리어(double heterojunction barrier)를 형성하는 층들(118 및 120)에 대응하는, 밴드갭 에너지(ΔEBar)보다 더 크다는 것에 유의한다. 도 3b는 마이크로 디스크(102)의 전류 절연 영역(128)에 대한 전자 밴드갭 에너지들 대 마이크로 디스크(102) 높이(z)의 플롯을 나타낸다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 전류 절연 영역(128)은 중간 층(122)의 양자 우물 층들 및 배리어 층들에 연관된 밴드갭 에너지들을 제거하거나 또는, 점선 에너지 레벨들(302 및 304)에 의해 표현된 바와 같이, 불확실하게 만든다.The
마이크로 디스크(102)의 전류 절연 영역(128) 및 주변 영역과 연관된 전자 밴드갭 에너지들 사이의 차이는 전압이 전극들(108 및 112)에 인가될 때 전류를 주변 영역의 경로들로 실질적으로 속박하는 데에 이용될 수 있다. 도 4a는 본 발명의 실시예들에 따른 전극들(108 및 112) 사이의 전류의 흐름을 나타내는 경로(402)를 나타낸다. 경로(402)는 전극들(108 및 112)을 연결할 때 더 높은 밴드갭 전류 절연 영역(128) 부근에서 구부러진다. 전류는, 다음과 같이, 주변 영역(126)과 같은, 마이크로 디스크(102)의 주변 영역들에 실질적으로 속박될 수 있다. 주변 환상 영역과 연관된 전자 밴드갭 에너지들보다 더 크지만 전류 절연 영역(128)과 연관된 전자 밴드갭 에너지를 초과하지 않는 전압을 전극들(108 및 112)에 가하는 것을 생각해보자. 전압이 충분히 크기 때문에, 전류는 주변 영역(126)을 통해 흐를 수는 있지만, 전류는 절연 영역(128)을 통해 흐를 수는 없다. 다시 말해, 전류는 전류 절연 영역(128)을 통해 전류가 흐르기 위해 필요한 전압들보다 비교적 더 낮은 전압들을 이용하여 주변 영역(126)에 실질적으로 속박될 수 있다. 경로(402)와 같은, 전류 절연 영역(128)을 회피하는 전류 경로들은 전극들(108 및 112) 사이에서 전류가 흐르는 더 낮은 에너지 경로들을 나타낸다.The difference between the
일반적으로, 마이크로 공진기는 그것을 둘러싼 것들보다 더 큰 전체 굴절률을 갖기 때문에, 마이크로 디스크 내에서 송신된 ER은 일반적으로 마이크로 디스크의 경계선(circumference) 근처에서 내부 전반사의 결과로서 사로잡히게(trap) 된다. 마이크로 디스크의 경계선 근처에 사로잡힌 ER의 모드들은 "WGM들(whispering gallery modes)"로 불린다. WGM은 마이크로 디스크의 직경에 관련된 특정 공진 주파수(λ)를 갖는다. 그러나, 일반적인 마이크로 디스크의 경우에, WGM의 형태로 ER을 경계선 근처에서 속박하지 않는 다른 모드들이 존재한다.In general, because a micro resonator has a greater overall index of refraction than those surrounding it, the ER transmitted in the micro disc is generally trapped as a result of total internal reflection near the circumference of the micro disc. The modes of the ER captured near the boundaries of the microdisc are called "whispering gallery modes". The WGM has a specific resonant frequency λ related to the diameter of the micro disc. However, in the case of a general micro disk, there are other modes that do not bind the ER near the perimeter in the form of WGM.
전류 절연 영역(128)이 마이크로 디스크(102)의 주변 영역들보다 비교적 더 넓은 밴드갭을 갖고, 비교적 더 낮은 굴절률을 갖기 때문에, 본 발명의 마이크로 디스크(102) 실시예들은 마이크로 디스크(102)의 주변 영역들에 ER을 실질적으로 속박하기 위해 이용될 수 있다. 도 4b는 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 디스크(102)의 주변 영역들에의 WGM의 실질적인 속박을 나타낸다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 마이크로 디스크(102)의 상면도(404)는 마이크로 디스크(102)의 경계선을 따라 위치된 방향 화살표들을 포함한다. 방향 화살표들은 마이크로 디스크(102)의 경계선 근처에서 전파하는 가정(hypothetical) WGM의 전파 방향을 나타내고, 방향 화살표들의 길이는 WGM의 파장(λ)에 대응한다. 강도 플롯(intensity plot)(406)은 상면도(404)에서의 선 A-A를 지나는 WGM의 강도 분포 대 거리를 나타낸다. 점선 강도 곡선들(408 및 410)은 마이크로 디스크(102)의 경계선 근처에서 실질적으로 속박된 WGM을 나타낸다. 마이크로 디스크(102)의 직경을 넘어 연장하는 곡선들(408 및 410)의 일부분들은 마이크로 디스크(102)의 경계선을 따르는 WGM의 감쇄(evanescence)을 나타낸다. 단면도(412)는 WGM에 의해 점유된 주변 환상 영역의 일부분들(124 및 126)을 나타낸다. 점선 타원들(414 및 416)은 도파로들(114 및 116)로의 WGM의 감쇄 결합(evanescent coupling)을 나타낸다. 따라서 전류 절연 영역(128)은, ER이 더 높은 굴절률의 영역에 속박될 것이기 때문에, 전류 및 광 분리(isolation) 양쪽 모두를 제공한다.Since the current
도 5a는 본 발명의 실시예들에 따른 제2 마이크로 공진기 시스템(500)의 등각투상도를 나타낸다. 마이크로 공진기 시스템(500)은, 제1 전극(108)이 마이크로링 전극(microring electrode)(502)으로 교체되고 마이크로 디스크(102)에 인접하여 기판(106)의 상부 표면 층(104)에 (도시되지 않은) 제3 전극이 배치되는 것을 제외하고, 도 1에 도시된, 마이크로 공진기 시스템(100)과 동일하다. 도 5b는 본 발명의 실시예들에 따른, 도 5a에 도시된, 선 5b-5b를 지나는 마이크로 공진기 시스템(500)의 단면도를 나타낸다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 마이크로링 전극(502)은 마이크로 디스크(102)의 상부 표면의 적어도 일부분 위에 위치되고 그것을 덮는다(cover). 제3 전극(504)은 마이크로 디스크(102)에 인접하여 위치되고 상부 표면 층(104)을 통해 하부층(120)과 전기 통신한다.5A shows an isometric view of a second
마이크로링 전극(502)이 마이크로 디스크(102)의 주변 영역의 일부분 위에 배치되기 때문에, 마이크로링 전극(502)과 전극들(112 및 504) 사이의 전류의 흐름은 도 4a에 도시된 경로(402)보다 더 직행인 경로를 취한다. 도 6a는 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로링 전극(502)과 전극들(112 및 504) 사이의 전류의 흐름을 나타내는 경로들(602 및 604)을 나타낸다. 경로들(602 및 604)은 마이크로링 전극(502)과 제2 및 제3 전극들(112 및 504) 사이에서 전류가 흐르는 경로(402)보다 더 직행이거나 또는 더 낮은 저항 통로들을 나타낸다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 마이크로 디스크(102)의 주변 영역에의 WGM의 실질적인 속박 및 도파로들(114 및 116)로의 WGM의 감쇄 결합은 도 4b를 참고로 하여 전술한 바와 동일하다.Since the
마이크로 디스크(102)는 도파로들(114 및 116)에서 송신되는 코히어런트(coherent) ER을 생성하는 레이저로서 이용될 수 있다. 레이저는 세 개의 기본 구성요소들을 갖는다: 이득 매질(gain medium) 또는 증폭기, 펌프, 및 광학 캐비티 내에서의 ER의 피드백. 중간층(122)의 양자 우물들은 이득 매질을 포함하고, 전극들(108 및 112)에 인가된 전류 또는 전압은 펌프이고, 중간층(122)의 양자 우물들을 펌핑함으로서 생성되는 WGM이 마이크로 디스크(102)의 경계선 근처에서 전파할 때 전반사에 의해 피드백이 생성된다.The
이득 매질은 적합한 밴드갭을 갖는 적어도 하나의 양자 우물로 구성될 수 있다. 양자 우물 크기 및 양자 우물을 둘러싼 벌크 재료는 양자 우물의 전자 상태들(electronic states)의 에너지 레벨 간격을 결정한다. 일반적으로, 양자 우물은 밸런스 밴드(valance band)에서 비교적 작은 수의 양자화된 전자 에너지 레벨들 및 컨덕션 밴드(conduction band)에서 약간의 양자화된 정공 에너지 레벨들을 갖도록 구성된다. 컨덕션 밴드의 가장 낮은 에너지 레벨들로부터 밸런스 밴드의 에너지 레벨들로 천이하는 전자들은 이득 매질의 방출 파장(λ)을 결정한다. 도 7a는 폭(a)의 양자 우물-기반 이득 매질의 양자화된 전자 에너지 상태들과 연관된 에너지 레벨 다이어그램(700)을 나타낸다. 밴드갭 에너지(E g )를 갖는 더 좁은 영역(702)은 양자 우물에 대응하고, 밴드갭 에너지()를 갖는 비교적 더 넓은 영역들(704 및 706)은 양자 우물을 둘러싼 벌크 재료에 대응한다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 양자 우물은 컨덕션 밴드에서 정공 에너지 레벨(708) 및 밸런스 밴드에서 세 개의 전자 에너지 레벨들(710-712)을 갖는다. 이득 매질이 반도체 재료를 포함하기 때문에, 전기적 펌핑과 같은, 적절한 전자 자극은 전자들을 밸런스 밴드로부터, 정공 에너지 레벨(708)과 같은, 컨덕션 밴드의 양자화된 레벨들로 촉진시킨다(promote). 밸런스 밴드에서 정공과 전도하는 전자의 자발적인 재결합은 hc /λ에 의해 주어지는 에너지를 갖는 광자의 방출을 발생시키는데, 여기에서 h는 플랑크 상수이고, c는 진공에서 ER의 속도이다. 유도 방출(stimulated emission)은 동일한 에너지 또는 파장에서 더욱 많은 광자들을 생성하도록 이득 매질을 자극하는 WGM의 광자들의 결과로서 발생한다. 유도 및 자발 방사성 방출들 양쪽 모두에서, 방출된 ER의 에너지는:The gain medium may consist of at least one quantum well having a suitable bandgap. The quantum well size and the bulk material surrounding the quantum well determine the energy level spacing of the electronic states of the quantum well. In general, a quantum well is configured to have a relatively small number of quantized electron energy levels in the balance band and some quantized hole energy levels in the conduction band. Electrons that transition from the lowest energy levels of the conduction band to the energy levels of the balance band determine the emission wavelength [lambda] of the gain medium. 7A shows an energy level diagram 700 associated with quantized electron energy states of a quantum well-based gain medium of width a. The
이고, 여기에서 E 2 는 컨덕션 밴드로 펌핑된 전자들의 에너지 레벨(708)이고, E 1 은 컨덕션 밴드로부터의 전자와 결합하는 밸런스 밴드의 정공들과 연관된 에너지 레벨(710)이다. 전기적 펌프가 이득 매체에 인가되는 한, 마이크로 디스크(102) 내에서의 전반사에 의해 야기되는 피드백은 WGM의 강도가 증가하게 한다. 레이징(lasing)은 마이크로 디스크(102) 내부에서 이득이 손실과 같을 때 발생한다. 마이크로 디스크(102)는 이득을 갖는 광학 캐비티를 형성하고, 도파로들(114 및 116)은 마이크로 디스크(102) 외부에 ER을 연결한다.Where E 2 is the
도 7b는 본 발명의 실시예들에 따른 레이저로서 동작되는, 도 1에 도시된, 제1 마이크로 공진기 시스템의 개략적인 표현을 나타낸다. 도 7b에 도시된 바와 같이, 전극들(108 및 112)은 전류원(710)에 연결된다. 마이크로 디스크(102)의 양자-우물 층들은 전류원에 의해 공급된 적절한 크기의 전류로, 도 7a를 참고로 하여 전술한 바와 같이, 마이크로 디스크(102)를 펌핑함으로써 이득 매질로서 동작할 수 있다. 그 결과, 파장(λ)을 갖는 WGM이 마이크로 디스크(102) 내에서 생성되고, 내부 전반사는 WGM의 강도가 증가할 때 WGM이 마이크로 디스크(102)의 경계선 근처에서 전파하게 한다. WGM은 도파로들(114 및 116)로 감쇄적으로 연결되어, 도파로들(114 및 116)에서 전파하는 파장(λ)을 갖는 ER을 생기게 한다.FIG. 7B shows a schematic representation of the first micro resonator system, shown in FIG. 1, operated as a laser in accordance with embodiments of the present invention. As shown in FIG. 7B,
도 8a는 본 발명의 실시예들에 따른 변조기로서 동작되는, 도 1에 도시된, 마이크로 공진기 시스템(100)의 개략적인 표현을 나타낸다. 전류원(710)은, 중앙 처리 유닛, 메모리, 또는 또 다른 데이터 생성 디바이스일 수 있는, 데이터 소스(802)에 연결된다. ER 소스(804)는 도파로(116)에 연결되고, 도 8b에 도시된 바와 같이, 시간에 걸쳐 실질적으로 일정한 강도를 갖는 ER을 방출한다. 도 8a를 다시 참조하면, 마이크로 디스크(102)로 연결된 ER의 양은 디튜닝(detuning), 결합 계수, 및 마이크로 디스크(102) 내부의 손실들에 의존한다. 소스(804)에 의해 방출된 ER의 파장(λ)이 마이크로 디스크(102)의 공진으로부터 디튜닝될 때, ER은 도파로로부터(116) 마이크로 디스크(102)로 연결되지 않는다. ER의 파장(λ)이 마이크로 디스크(102)와의 공진에 있을 때, 도파로(116)에서 전파하는 ER의 송신은 ER이 마이크로 디스크(102)로 감쇄적으로 연결되어 WGM을 생성하기 때문에 감소된다. 도파로(116)에서 송신되는 ER의 일부분은 도파로(116) 위에 배치된 마이크로 디스크(102)의 주변 영역으로 감쇄적으로 연결되고 파장(λ)을 갖는 WGM으로서 주변 영역에서 전파한다. 데이터 소스(802)는 전류원(710)에 의해 생성된 전류의 크기를 변조함으로써 WGM에 데이터를 인코딩한다. 전극들(108 및 112) 사이에서 송신되는 전류의 크기를 변조하는 것은 마이크로 디스크(102)의 굴절률이 대응하여 변하게 한다. 마이크로 디스크(102)의 굴절률이 변화될 때, 마이크로 디스크(102)의 공진 파장은 변화하며 이에 따라 도파로(116)에서 송신되는 ER의 공진 파장으로부터의 디튜닝을 야기한다. 이것은 이번에는 도파로(116)로부터 마이크로 디스크(102)로의 ER의 송신을 변조하고 그 후 도파로(116)에서 송신되는 ER의 강도를 변조한다. 도파로(114)가 존재할 때, ER은 마이크로 디스크(102)를 통해 입력 도파로(116)로부터 도파로(114)에 전송될 수 있다. 도파로(114)에 전송되는 ER의 양은 결합 강도에 의존한다. 마이크로 디스크(102)의 굴절률을 변조하는 것은 도파로(114)에 송신되는 ER의 강도의 감소를 발생시킨다. 마이크로링(102) 내부의 손실을 조정함으로써 도파로(116)에서의 ER의 강도를 또한 변조할 수 있다. 이것은 인가된 전압의 적용을 통해 양자 우물의 밴드갭을 변조하는 양자 속박 스타크 효과(quantum confined stark effect)를 이용함으로써 달성된다. 마이크로 디스크(102)에서의 손실을 증가시키는 것은 도파로들(114 및 116)에서 마이크로 디스크(102)를 지나 송신되는 강도를 변조한다.FIG. 8A shows a schematic representation of the
도 8c는 변조된 ER의 강도 대 시간을 나타내는데, 여기에서 비교적 낮은 강도 영역들(806 및 808)은 마이크로 디스크(102)에 유도된 비교적 더 높은 굴절률에 대응한다. 상대 강도들은 상대 강도들에 이진수를 할당함으로써 정보를 인코딩하는 데에 이용될 수 있다. 예를 들면, 이진수 "0"은, 강도 영역들(806 및 808)과 같은, 낮은 강도들에 의한 광자 신호로 표현될 수 있고, 이진수 "1"은 강도 영역들(810 및 812)과 같은, 비교적 더 높은 강도들에 의한 광자 신호들로 표현될 수 있다.8C shows the intensity versus time of the modulated ER, where the relatively
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 광검출기로서 동작되는, 도 1에 도시된, 제1 마이크로 공진기 시스템의 개략적인 표현을 나타낸다. 이 구성에서, 양자 우물들의 밴드갭은 도파로(116)에서 송신되는 입력 ER의 방사원(source of radiation)보다 더 작도록 선택된다. 또한 전기장이 마이크로 공진기 내부에 존재하도록 전극들에 역 바이어스가 인가될 수 있다. 마이크로 공진기에 연결된 들어오는 ER은 양자 우물 내부에서 흡수되어 전자 정공 쌍을 생성할 것이다. 마이크로링 내부의 전기장은 전자들 및 정공들이 분리되게 하여 전극들(108 및 112)에서 전류가 생성되게 하는 것이다. 정보를 인코딩하는 변조된 ER()은 도파로(116)에서 송신된다. ER은 마이크로 디스크(102)의 주변 영역으로 감쇄적으로 연결되어 대응하는 변조된 WGM을 생성한다. 주변 영역에서 전파하는 WGM의 강도의 변동(fulctuation)은 전극들(108 및 112) 사이의 대응하는 변동하는 전류를 유도한다. 변동하는 전류는, 컴퓨터 디바이스(902)에 의해 처리되는, 변조된 ER에 인코딩된 동일한 데이터를 인코딩하는 전기 신호이다.9 shows a schematic representation of a first micro resonator system, shown in FIG. 1, operated as a photodetector in accordance with embodiments of the present invention. In this configuration, the bandgap of the quantum wells is selected to be smaller than the source of radiation of the input ER transmitted in the
도 10a-10k는 본 발명의 실시예에 따른, 도 1에 도시된, 마이크로 공진기 시스템(100)을 제조하는 방법에 연관된 등각투상도 및 단면도들을 나타낸다. 도 10a는 상부층(1002), 중간층(1004), 하부층(1006), 및 인-기반 웨이퍼(phosphorus-based wafer)에 의해 지지되는 에치 정지 층(etch stop layer)(1008)을 포함하는 제1 구조체(1000)의 등각투상도를 나타낸다. 층들(1002 및 1006)은, 각각, Si 및 Zn으로 도핑된 InP 또는 GaP와 같은, n-형 및 p-형 Ⅲ-Ⅴ 반도체들로 구성될 수 있다. 중간층(1004)은, 도 2를 참고로 하여 전술한, 적어도 하나의 양자 우물을 포함한다. 에치 정지 층(1008)은 격자 정합된 In0 .53Ga0 .47As의 얇은 층일 수 있다. 층들(1002, 1004 및 1006)은 "MBE(molecular beam expitaxy)", "LPE(liquid phase epitaxy)", "HVPE(hydride vapor phase epitaxy)", "MOVPE(metalorganic vapor phase expitaxy)", 또는 다른 적합한 애피택시(expitaxy) 방법을 이용하여 증착될 수 있다. 도 10b는 층들(1002, 1004, 1006, 1008) 및 웨이퍼(1010)의 단면도를 나타낸다.10A-10K illustrate isometric views and cross-sectional views associated with a method of manufacturing the
다음으로, 도 10c의 단면도에서 도시된 바와 같이, 산화물 층(1012)을 상부층(1002) 위에 증착하기 위해 스퍼터링(sputtering)이 이용될 수 있다. 산화물 층(1012)은, 도 10g를 참고로 하여 후술되는 바와 같이, 기판(106) 상으로의 상부층(1002)의 웨이퍼 본딩(wafer bonding)을 용이하게 하기 위해 이용될 수 있다. 층(1012)은 기판(106)에의 웨이퍼 본딩을 실질적으로 향상시키는 SiO2, Si3N4, 또는 또 다른 적합한 유전체 재료일 수 있다.Next, as shown in the cross-sectional view of FIG. 10C, sputtering may be used to deposit the
도 10d는 산화물 기판 층(1018) 상의 Si 층(1016)을 갖는 "SOI(silicon-on-insulator)" 웨이퍼(1014)를 나타낸다. 실리콘 도파로들(114 및 116)은 이하와 같이 Si 층(1016)에 제조될 수 있다. 감광제(photoresist)가 Si 층(1016) 위에 증착될 수 있고, 도파로들(114 및 116)의 감광제 마스크가 UV 리소그래피를 이용하여 감광제에 패터닝될 수 있다. 도파로들(114 및 116)은 그 후, "ICP(inductively coupled plasma etcher)"와 같은, 적절한 에치 시스템 및 Cl2/HBr/He/O2에 기초한 화학 작용을 이용하는 저압, 고밀도 에치 시스템을 이용하여 Si 층(1014)에 형성될 수 있다. 도파로들(114 및 116)이 Si 층(1016)에 형성된 후에, 도 10e에 도시된 바와 같이, 용제(solvent)가 감광제 마스크를 제거하기 위해 이용되어 도파로들(114 및 116)을 남길 수 있다. 기판(1018)과 동일한 산화물 재료로 구성된 산화물 층이 액상(liquid-phase), 화학 기상 증착(chemical-vapor deposition)을 이용하여 도파로들(114 및 116) 상에 증착될 수 있다. "CMP(chemical mechanical polishing)" 프로세스들이, 도 10f의 기판(106)의 단면도에 도시된 바와 같이, 임베드된 도파로들(114 및 116)을 갖는 기판(106)을 형성하기 위해 증착된 산화물을 평탄화하는 데 이용될 수 있다.10D shows a “silicon-on-insulator”
다음으로, 도 10g에 도시된 바와 같이, 제1 구조체(1000)는 반전되고 웨이퍼 본딩이 산화물 층(1012)을 기판(106)의 상부 표면에 부착하기 위해 이용된다. 선택적 습식 에칭(selective wet etching)이 도 10h에 도시된 제2 구조체(1020)를 얻기 위해 층(1010)을 제거하는 데 이용될 수 있다. 에칭 프로세스가 층(1006)에 도달하지 못하게 하기 위해 에치 정지 층(1008)이 포함될 수 있다. 또한, 에치 정지 층(1008)의 InP와 InGaAs 사이에 에치 선택성이 존재하기 때문에, InP-기반 웨이퍼(1010)을 제거하기 위해 염산이 이용될 수 있다.Next, as shown in FIG. 10G, the
다음으로, "RIE(reactive ion etching)", "CAIBE(chemically assisted ion beam etching)", 또는 "ICP(inductively coupled plasma)" 에칭이, 도 10i에 도시된 바와 같이, 마이크로 디스크(102)의 형상으로 층들(1002, 1004 및 1006)을 에칭하기 위해 이용될 수 있다. 기판(106)에 인접한 층(1002)의 일부분은 상부 표면 층(104)을 형성하기 위해 남겨진다.Next, “reactive ion etching” (RIE), “chemically assisted ion beam etching” (CAIBE), or “inductively coupled plasma” (ICP) etching is performed in the shape of the
도 10j는, 도 10i에 도시된, 선 10j-10j를 지나는 마이크로 디스크(102) 및 기판(106)의 단면도를 나타낸다. 전류 절연 영역(128)은 "IID(inpurity induced disording)" 및 어닐링(annealing)을 이용하여 마이크로 디스크(102)의 중앙 영역의 적어도 일부분에 형성된다. IID 방법들은 본 기술 분야에 공지되어 있고, 그것들은 "A quantum-well-intermixing process for wavelength-agile photonic integrated circuits", by E. J. Skogen et al., IEEE J. of Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 8, No. 4, 2002에 설명되어 있다. IID는 불순물이 주입된 상이한 조성의 층들(118, 120 및 122)를 혼합한다. 어닐링 후에, 혼합된 영역들의 밴드갭은 비교적 더 큰 밴드갭으로 전위한다. 불순물들은 마스킹하고 표준 포토리소그래픽 프로세스들을 이용함으로써 요망되는 영역들에 주입될 수 있다.FIG. 10J shows a cross-sectional view of the
IID 후에, IID가 또한 무질서한 영역의 도핑 레벨을 감소시키는 경향을 가질 것이기 때문에, p-형 반도체 상부 층(118)을 형성하도록 상부 층(118)에 도펀트가 주입될 수 있다. 예를 들면, Zn은 InP로 구성된 상부 층(118)에 대해 p-형 반도체 도펀트로서 기능한다. 도 10k에 도시된 바와 같이, 제1 전극(108) 및 제2 전극(112)을 포함하는 재료는 전자빔 증착(e-beam evaporation)에 의해 증착될 수 있고, 표준 표토리소그래픽 프로세스들을 이용하여 전극들(108 및 112)을 형성하도록 패터닝될 수 있다. AuZn과 같은, p-형 도펀트를 갖는 금속이 p-형 콘택트를 얻기 위해 제1 전극(108)에 이용될 수 있고, AuGe와 같은, n-형 도펀트를 갖는 금속이 n-형 콘택트(112)를 얻기 위해 제2 전극(112)에 이용될 수 있다.After the IID, dopants may be implanted into the
도 11a-11b는 본 발명의 실시예들에 따른, 도 5에 도시된, 포토닉 시스템(photonic system)(500)을 제조하는 방법에 연관된 단면도들을 나타낸다. 마이크로 디스크(102)를 형성하고 기판(106)에 도파로들(114 및 116)을 형성하는 것은 도 10a-10i를 참고로 하여 전술한 바와 같이 달성될 수 있다. 도 11a에 도시된 바와 같이, 마이크로링 전극(502) 및 전극들(112 및 504)를 포함하는 재료가 도 10k를 참고로 하여 전술한 바와 같이 증착되고 패터닝될 수 있다. p-형 도펀트를 갖는 금속이 p-형 콘택트를 얻기 위해 제1 전극(108)에 이용될 수 있고, n-형 도펀트를 갖는 금속이 n-형 콘택트들을 얻기 위해 전극들(112 및 504)에 이용될 수 있다. 다음으로, 마스크 층이 마이크로링 전극(502) 위에 위치될 수 있고, 마이크로 디스크(102)에 전류 절연 영역(128)을 형성하기 위해 IID가 이용될 수 있다. IID 후에, 도 10j를 참고로 하여 전술한 바와 같이, p-형 상부 층(118)을 형성하기 위해 상부 층(118)에 도펀트가 주입될 수 있다.11A-11B illustrate cross-sectional views associated with a method of manufacturing a
설명을 목적으로, 전술한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 특정한 명칭을 사용했다. 그러나, 본 기술 분야에 숙련된 자들은 본 발명을 실시하기 위해 특정한 상세들이 요구되지 않는다는 것을 알 것이다. 본 발명의 특정한 실시예들의 전술한 설명들은 예시와 설명을 목적으로 제시되었다. 그들은 본 발명을 총망라하고 개시된 정확한 형태들로 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 명백하게, 상기 교시의 관점에서 많은 변경 및 변화가 가능하다. 실시예들은 본 발명의 원리들 및 그것의 실제 응용들을 가장 잘 설명하기 위해 도시되고 설명되며, 이에 따라 본 기술 분야에 숙련된 다른 자들이 본 발명 및 기대되는 특정한 사용에 적합한 다양한 변경들을 갖는 다양한 실시예들을 가장 잘 이용하게 한다. 본 발명의 범주는 이하의 청구항들 및 그것들의 동등물들에 의해 정의되는 것으로 의도된다.For purposes of explanation, the foregoing descriptions have used specific names to provide a thorough understanding of the present invention. However, those skilled in the art will appreciate that no specific details are required to practice the invention. The foregoing descriptions of specific embodiments of the present invention have been presented for purposes of illustration and description. They are not intended to be exhaustive or to limit the invention to the precise forms disclosed. Obviously, many modifications and variations are possible in light of the above teaching. Embodiments are shown and described in order to best explain the principles of the present invention and their practical applications, and accordingly various implementations having various modifications suitable for the particular use of the present invention and those skilled in the art. Make the best use of the examples. It is intended that the scope of the invention be defined by the following claims and their equivalents.
Claims (10)
상부 표면 층(104)을 갖는 기판(106);
상기 기판(106) 내에 임베드되고 상기 기판의 상기 상부 표면 층에 인접하여 위치된 적어도 하나의 도파로(waveguide)(114, 116); 및
상부층(118), 중간층(122), 하부층(120), 전류 절연 영역(128) 및 주변 환상 영역(peripheral annnular region)(124, 126)을 갖는 마이크로 디스크(microdisk)(102) ― 상기 마이크로 디스크의 상기 하부층은 상기 기판의 상기 상부 표면 층에 부착되고 그것과 전기 통신하고, 상기 마이크로 디스크는 상기 주변 환상 영역의 적어도 일부분이 상기 적어도 하나의 도파로 위에 배치되도록 위치되고, 상기 전류 절연 영역은 상기 마이크로 디스크의 중앙 영역의 적어도 일부분을 점유하도록 구성되고 상기 주변 환상 영역보다 비교적 더 낮은 굴절률 및 비교적 더 큰 밴드갭을 가짐 ―
를 포함하는 마이크로 공진기 시스템.As a microresonator system 100,
A substrate 106 having a top surface layer 104;
At least one waveguide (114, 116) embedded in the substrate (106) and positioned adjacent to the upper surface layer of the substrate; And
Microdisk 102 having an upper layer 118, an intermediate layer 122, a lower layer 120, a current insulating region 128 and peripheral annnular regions 124, 126—of the micro disk. The lower layer is attached to and in electrical communication with the upper surface layer of the substrate, the micro disk is positioned such that at least a portion of the peripheral annular region is disposed over the at least one waveguide, and the current insulating region is Is configured to occupy at least a portion of the central region of the substrate and has a relatively lower refractive index and a relatively larger bandgap than the peripheral annular region;
Micro resonator system comprising a.
상기 마이크로 디스크의 상기 상부 표면 층에 배치된 제1 전극(108, 502); 및
상기 마이크로 디스크에 인접하여 상기 기판의 상기 상부 표면 층에 배치된 적어도 하나의 제2 전극(112, 504)
를 더 포함하는 마이크로 공진기 시스템.The method of claim 1,
First electrodes (108, 502) disposed in said top surface layer of said micro disc; And
At least one second electrode 112, 504 disposed in the upper surface layer of the substrate adjacent the micro disk
Micro resonator system further comprising.
상기 제1 전극은 상기 마이크로 디스크의 상기 상부 표면의 상기 주변 영역의 적어도 일부분을 덮도록 구성된 마이크로링 전극(microring electrode)(502)을 더 포함하는 마이크로 공진기 시스템.The method of claim 2,
And the first electrode further comprises a microring electrode (502) configured to cover at least a portion of the peripheral region of the upper surface of the micro disk.
상기 마이크로 디스크는,
상부층;
하부층; 및
상기 상부 반도체 층과 상기 하부 반도체 층 사이에 샌드위치된 중간 양자-우물 층
을 더 포함하는 마이크로 공진기 시스템.The method of claim 1,
The micro disk,
Upper layer;
Lower layer; And
An intermediate quantum-well layer sandwiched between the upper and lower semiconductor layers
Micro resonator system further comprising.
상기 상부층(118)은 p-형 반도체를 더 포함하고 상기 하부층(120)은 n-형 반도체를 더 포함하는 마이크로 공진기 시스템.The method of claim 4, wherein
The upper layer (118) further comprises a p − type semiconductor and the lower layer (120) further comprises an n − type semiconductor.
상기 중간층(122)은 적어도 하나의 양자 우물을 더 포함하는 마이크로 공진기 시스템.The method of claim 4, wherein
The intermediate layer (122) further comprises at least one quantum well.
상기 마이크로 디스크(102)는,
원 형상;
타원 형상;
WGM(whispering gallery mode)을 지원하기에 적합한 임의의 다른 형상
중 하나를 더 포함하는 마이크로 공진기 시스템.The method of claim 1,
The micro disk 102,
Circular shape;
Elliptic shape;
Any other geometry suitable for supporting whispering gallery mode (WGM)
A micro resonator system further comprising one of the.
상부층(118);
하부층(120);
적어도 하나의 양자 우물을 갖는 중간층(122) ― 상기 중간층은 상기 상부층과 상기 하부층 사이에 샌드위치됨―;
상기 상부, 중간, 및 하부층들의 적어도 일부분을 포함하는 주변 환상 영역(124, 126); 및
상기 상부, 중간, 및 하부층들의 적어도 일부분을 포함하고 상기 주변 환상 영역보다 비교적 더 낮은 굴절률을 갖는 상기 마이크로 디스크의 중앙 영역의 적어도 일부분을 점유하도록 구성되는 전류 절연 영역(128)
을 포함하는 마이크로 디스크.As a micro disc,
Top layer 118;
Bottom layer 120;
An intermediate layer (122) having at least one quantum well, said intermediate layer sandwiched between said top layer and said bottom layer;
A peripheral annular region (124, 126) comprising at least a portion of said top, middle, and bottom layers; And
A current isolation region 128 including at least a portion of the top, middle, and bottom layers and configured to occupy at least a portion of a central region of the micro disk having a relatively lower refractive index than the peripheral annular region
Micro disk containing a.
상기 상부층(118)은 p-형 반도체를 더 포함하고 상기 하부층(120)은 n-형 반도체를 더 포함하는 마이크로 디스크.The method of claim 8,
Wherein the upper layer (118) further comprises a p − type semiconductor and the lower layer (120) further comprises an n − type semiconductor.
상기 마이크로 디스크는,
원 형상;
타원 형상;
WGM(whispering gallery mode)을 지원하기에 적합한 임의의 다른 형상
중 하나를 더 포함하는 마이크로 디스크.The method of claim 8,
The micro disk,
Circular shape;
Elliptic shape;
Any other geometry suitable for supporting whispering gallery mode (WGM)
The micro disk further comprises one of.
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